Translational Mechanical Converter (MA)

Интерфейс между влажным воздухом и механическими поступательными сетями

  • Библиотека:
  • Simscape/Библиотека фундаментов/Сырой воздух/Элементы

  • Translational Mechanical Converter (MA) block

Описание

Блок Translational Mechanical Converter (MA) моделирует интерфейс между сырой воздушной сетью и механической поступательной сетью. Блок преобразует давление сырого воздуха в механическую силу и наоборот. Можно использовать его как базовый блок для линейных приводов.

Конвертер содержит переменный объем сырого воздуха. Давление и температура развиваются исходя из сжимаемости и теплоемкости этого объема сырого воздуха. Жидкая вода конденсируется из объема сырого воздуха, когда она достигает насыщения. Параметр Mechanical orientation позволяет вам задать, результаты ли увеличение объема сырого воздуха внутри конвертера в положительном или отрицательном перемещении порта R относительно порта C.

В блочных уравнениях используются эти символы. Индексы a, w, и g указать свойства сухого воздуха, водяного пара и прослеживаемого газа, соответственно. Подстрочный ws указывает водяной пар при насыщении. Индексы A, H, и S указать соответствующий порт. Подстрочный I указывает свойства внутреннего объема сырого воздуха.

m˙Массовый расход жидкости
ΦЭнергетическая скорость потока жидкости
QТепловая скорость потока жидкости
pДавление
ρПлотность
RУдельная газовая константа
VОбъем сырого воздуха внутри конвертера
c vУдельное тепло при постоянном объеме
hСпецифическая энтальпия
uУдельная внутренняя энергия
xМассовая доля (x w - удельная влажность, что является другим термином для массовой фракции водяного пара)
yМольная дробь
φОтносительная влажность
rКоэффициент влажности
TТемпература
tВремя

Чистые скорости потока жидкости в объем сырого воздуха внутри конвертера

m˙net=m˙Am˙condense+m˙wS+m˙gSΦnet=ΦA+QHΦcondense+ΦSm˙w,net=m˙wAm˙condense+m˙wSm˙g,net=m˙gA+m˙gS

где:

  • m˙конденсация - это скорость конденсации.

  • Φ конденсация - это скорость потерь энергии от конденсированной воды.

  • Φ S - это скорость энергии, добавляемой источниками влаги и следового газа .m˙wS и m˙gS - массовые расходы жидкости воды и газа, соответственно, через порт S. Значения m˙wS, m˙gS, и Φ S определяются источниками влаги и следового газа, соединенными с портом S конвертера .

Сохранение массы водяного пара относится к массовому расходу жидкости водяного пара с динамикой уровня влаги во внутреннем объеме сырого воздуха:

dxwIdtρIV+xwIm˙net=m˙w,net

Точно так же сохранение массы следового газа связывает массовый расход жидкости следового газа с динамикой уровня следового газа во внутреннем объеме сырого воздуха:

dxgIdtρIV+xgIm˙net=m˙g,net

Сохранение массы смеси относится к массовому расходу жидкости динамике давления, температуры и массовой доли внутреннего объема сырого воздуха:

(1pIdpIdt1TIdTIdt)ρIV+RaRwRI(m˙w,netxwm˙net)+RaRgRI(m˙g,netxgm˙net)+ρIV˙=m˙net

где V˙ - скорость изменения объема конвертера.

Наконец, энергосбережение связывает энергетическую скорость потока жидкости с динамикой давления, температуры и массовой доли внутреннего объема сырого воздуха:

ρIcvIVdTIdt+(uwIuaI)(m˙w,netxwm˙net)+(ugIuaI)(m˙g,netxgm˙net)+uIm˙net=ΦnetpIV˙

Уравнение состояния связывает плотность смеси с давлением и температурой:

pI=ρIRITI

Удельная газовая константа смеси

RI=xaIRa+xwIRw+xgIRg

Объем конвертера

V=Vdead+Sintdintεint

где:

  • V мертвый - это мертвый объем.

  • S int является площадью поперечного сечения интерфейса.

  • d int является перемещением интерфейса.

  • ε int является коэффициентом механической ориентации. Если Mechanical orientation Pressure at A causes positive displacement of R relative to C, ε int = 1. Если Mechanical orientation Pressure at A causes negative displacement of R relative to C, ε int = -1.

Если вы соединяете конвертер с соединением Multibody, используйте входной порт физического сигнала p, чтобы задать перемещение R порта относительно C порта. В противном случае блок вычисляет перемещение интерфейса из относительных скоростей порта. Перемещение интерфейса равняется нулю, когда объем сырого воздуха внутри конвертера равен мертвому объему. Затем, в зависимости от Mechanical orientation значения параметров:

  • Если Pressure at A causes positive displacement of R relative to Cперемещение раздела увеличивается, когда объем сырого воздуха увеличивается из мертвого объема.

  • Если Pressure at A causes negative displacement of R relative to Cперемещение раздела уменьшается, когда объем сырого воздуха увеличивается из мертвого объема.

Баланс сил на механическом интерфейсе

Fint=(penvpI)Sintεint

где:

  • F int - это сила от порта R до порта C.

  • p env - давление окружения .

Сопротивление потоку и тепловое сопротивление не моделируются в конвертере:

pA=pITH=TI

Когда объем сырого воздуха достигает насыщения, может происходить конденсация. Удельная влажность при насыщении

xwsI=φwsRIRwpwsIpI

где:

  • φ ws - относительная влажность при насыщении (обычно 1).

  • p wsI является давлением насыщения водяного пара, оцениваемым в T I.

Скорость конденсации составляет

m˙condense={0,если xwIxwsIxwIxwsIτcondenseρIV,если xwI>xwsI

где τ condense - это значение параметра Condensation time constant.

Конденсированная вода вычитается из объема сырого воздуха, как показано в уравнениях сохранения. Энергия, связанная с конденсированной водой,

Φcondense=m˙condense(hwIΔhvapI)

где Δh vapI - специфическая энтальпия испарения, оцениваемая в T I.

Другие количества влаги и следовых газов связаны друг с другом следующим образом:

φwI=ywIpIpwsIywI=xwIRwRIrwI=xwI1xwIygI=xgIRgRIxaI+xwI+xgI=1

Переменные

Чтобы задать приоритет и начальные целевые значения для основных переменных до симуляции, используйте вкладку Variables в диалоговом окне блока (или раздел Variables в Property Inspector блоков). Для получения дополнительной информации смотрите Задать приоритет и Начальную цель для основных переменных и Начальные условия для блоков с конечным объемом влажного воздуха.

Допущения и ограничения

  • Кожух конвертера идеально жесткий.

  • Сопротивление потоку между входным отверстием конвертера и объемом сырого воздуха не моделируется. Соедините блок Local Restriction (MA) или блок Flow Resistance (MA) с портом A для моделирования падения давления, сопоставленного с входным отверстием.

  • Тепловое сопротивление между портом H и объемом сырого воздуха не моделируется. Используйте Thermal библиотечных блоков, чтобы смоделировать тепловые сопротивления между влажной воздушной смесью и окружением, включая любые термальные эффекты ёмкости стенки.

  • Подвижный интерфейс идеально запечатан.

  • Блок не моделирует механические эффекты движущегося интерфейса, такие как жёсткие упоры, трение и инерция.

Порты

Вход

расширить все

Входной физический сигнал, который передает информацию о положении от Simscape™ Multibody™ соединения. Подключите этот порт к порту p измерения положения соединения. Для получения дополнительной информации смотрите Соединение Simscape-сетей к Simscape Multibody Joints.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите параметр Interface displacement равным Provide input signal from Multibody joint.

Выход

расширить все

Выходной порт физического сигнала, который измеряет скорость конденсации в конвертере.

Выходной порт физического сигнала, который выводит сигнал вектора. Вектор содержит давление (в Pa), температуру (в K), уровень влаги и проследить измерения уровня газа внутри компонента. Используйте блок Measurement Selector (MA), чтобы распаковать этот векторный сигнал.

Сохранение

расширить все

Порт сохранения сырого воздуха сопоставлен с входным отверстием конвертера.

Тепловой порт сопоставлен с температурой влажной воздушной смеси внутри конвертера.

Порт механической передачи, сопоставленный с движущимся интерфейсом.

Порт механической передачи, сопоставленная с корпусом конвертера.

Подключите этот порт к S портов блока из библиотеки «Источники влаги и прослеживания газа», чтобы добавить или удалить влагу и проследить газ. Для получения дополнительной информации см. Использование источников влаги и прослеживания газа.

Зависимости

Этот порт видим, только если вы задаете значение параметра Moisture and trace gas source Controlled.

Параметры

расширить все

Главный

Выберите относительную ориентацию конвертера относительно объема сырого воздуха внутри конвертера:

  • Pressure at A causes positive displacement of R relative to C - Увеличение объема сырого воздуха приводит к положительному перемещению R порта относительно C порта.

  • Pressure at A causes negative displacement of R relative to C - Увеличение объема сырого воздуха приводит к отрицательному перемещению R порта относительно C порта.

Выберите метод для определения перемещения R порта относительно C порта:

  • Calculate from velocity of port R relative to port C - Вычислите перемещение от относительных скоростей портов на основе блочных уравнений. Это метод по умолчанию.

  • Provide input signal from Multibody joint - Включите порт p входного физического сигнала, чтобы передать информацию о перемещении от шарнира Multibody. Используйте этот метод только, когда вы соединяете конвертер с соединением Multibody при помощи блока Translational Multibody Interface. Для получения дополнительной информации см. раздел «Как передать информацию о положении».

Поступательное смещение R порта относительно C порта в начале симуляции. Значение 0 соответствует исходному объему сырого воздуха, равному Dead volume.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Interface displacement задано значение Calculate from velocity of port R relative to port C.

  • Если Mechanical orientation Pressure at A causes positive displacement of R relative to C, значение параметров должно быть больше или равно 0.

  • Если Mechanical orientation Pressure at A causes negative displacement of R relative to C, значение параметров должно быть меньше или равно 0.

Область, на которую сырой воздух оказывает давление, чтобы генерировать поступательную силу.

Объем сырого воздуха при перемещении раздела 0.

Площадь поперечного сечения входного отверстия конвертера в направлении, перпендикулярном пути воздушного потока.

Выберите метод спецификации давления окружения:

  • Atmospheric pressure - Используйте атмосферное давление, заданное блоком Moist Air Properties (MA), соединенным с контуром.

  • Specified pressure - Задайте значение при помощи параметра Environment pressure.

Давление снаружи конвертера, действующее на давление объема сырого воздуха конвертера. Значение 0 указывает, что конвертер расширяется в вакуум.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Environment pressure specification задано значение Specified pressure.

Влага и прослеживание газа

Относительная влажность, выше которой происходит конденсация.

Характерная шкала времени, при которой объем перенасыщенного сырого воздуха возвращается к насыщению путем конденсации избыточной влаги.

Этот параметр контролирует видимость портовых S и предоставляет следующие опции для моделирования уровня влаги и прослеживания газа внутри компонента:

  • None - Никакая влага или следовой газ не впрыскивается или не извлекается из блока. Порт S скрыт. Это значение по умолчанию.

  • Constant - Влага и следовой газ впрыскиваются в блок или извлекаются из него с постоянной скоростью. Те же параметры, что и в блоках Moisture Source (MA) и Trace Gas Source (MA), становятся доступными в Moisture and Trace Gas разделе интерфейса блока. Порт S скрыт.

  • Controlled - Влага и следовой газ впрыскиваются в блок или извлекаются из него с изменяющейся во времени скоростью. Порт S доступен. Соедините Controlled Moisture Source (MA) и Controlled Trace Gas Source (MA) блоки с этим портом.

Выберите, будет ли блок добавлять или удалять влагу в виде водяного пара или жидкой воды:

  • Vapor Энтальпия добавленной или удаленной влаги соответствует энтальпии водяного пара, которая больше, чем у жидкой воды.

  • Liquid Энтальпия добавленной или удаленной влаги соответствует энтальпии жидкой воды, которая меньше, чем у водяного пара.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Moisture and trace gas source задано значение Constant.

Водяной пар массового расхода жидкости через блок. Положительное значение добавляет влагу в связанный объем сырого воздуха. Отрицательное значение извлекает влагу из этого объема.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Moisture and trace gas source задано значение Constant.

Выберите метод спецификации температуры влаги:

  • Atmospheric temperature - Используйте температуру атмосферы, заданную блоком Moist Air Properties (MA), соединенным с цепью.

  • Specified temperature - Задайте значение при помощи параметра Temperature of added moisture.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Moisture and trace gas source задано значение Constant.

Введите желаемую температуру добавленной влаги. Эта температура остается постоянной во время симуляции. Блок использует это значение, чтобы оценить специфическую энтальпию только добавленной влаги. Специфическая энтальпия удаляемой влаги основана на температуре связанного объема сырого воздуха.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Added moisture temperature specification задано значение Specified temperature.

Проследите массовый расход жидкости газа через блок. Положительное значение добавляет следовой газ в связанный объем сырого воздуха. Отрицательное значение извлекает следовой газ из этого объема.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Moisture and trace gas source задано значение Constant.

Выберите метод спецификации для температуры прослеживаемого газа:

  • Atmospheric temperature - Используйте температуру атмосферы, заданную блоком Moist Air Properties (MA), соединенным с цепью.

  • Specified temperature - Задайте значение при помощи параметра Temperature of added trace gas.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Moisture and trace gas source задано значение Constant.

Введите желаемую температуру добавляемого следового газа. Эта температура остается постоянной во время симуляции. Блок использует это значение, чтобы оценить специфическую энтальпию только добавленного следового газа. Специфическая энтальпия удаленного следового газа основана на температуре связанного объема сырого воздуха.

Зависимости

Активируется, когда для параметра Added trace gas temperature specification задано значение Specified temperature.

Примеры моделей

Расширенные возможности

Генерация кода C/C + +
Сгенерируйте код C и C++ с помощью Coder™ Simulink ®

.
Введенный в R2018a
Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте